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Allosterische Enzyme
- sigmoidaler Kurvenverlauf
- Enzyme bestehen aus mehreren Untereinheiten und beinhalten mehrere aktive Zentren
- Die Bindung an eine Untereinheit beeinflusst die Affinität der weiteren Untereinheiten
(Kooperativität, s.u.)
- Im Metabolismus oft Enzyme, die regulatorische Schritte katalysieren und dadurch
besonderer Kontrolle unterliegen
- Allosterische Enzyme sind NICHT durch die Michaelis-Menten-Kinetik beschreibbar!
Allosterische Enzyme: Aspartat-Transcarbamoylase (ATC)
- Schrittmacher-Reaktion zur Pyrimidin-Biosynthese
- je sechs katalytische und regulatorische Untereinheiten; jede katalytische Untereinheit
mit drei aktiven Zentren
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T- und R-Form
Konzertiertes Modell (Monod, Wyman, Changeux)
Sequenzmodell (Koshland, Nemethy, Filmer)
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Isoenzyme:
- katalysieren die gleiche Reaktion, haben aber unterschiedliche Aminosäuresequenzen
- Gewebe- oder Entwicklungsspezifisch exprimiert
Beispiel: Glukokinase (GK; Leber) und Hexokinase (HK; Muskel); im Gegensatz zur HK
keine Inhibition der GK durch Glukose-6-Phosphat. Außerdem etwa 50-fach niedrigere
Affinitat der GK fur Glukose.
Effekt: In der Leber Glukose nur phosphoryliert, wenn in hoher Konzentration
( Glykogen-Aufbau); bei niedriger Glukosekonzentration keine Phosphorylierung, statt
dessen Freisetzung ins Blut zur Versorgung von Hirn und Muskulatur.
Enzymmodifikationen:
- Phosphorylierung (an Ser, Thr, Tyr), Acetylierung, Sulfation, Ubiquitinierung,
proteolytische Spaltung (Zymogene/Proenzyme aktives Enzym)
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Glycolyse (im Cytosol)
Nettogleichung der Glycolyse:
C
6
H
12
O
6
(Glucose) + 2 NAD
+
+ 2 ADP + 2 P
i
+ 2 H
2
O
2 CH
3
COCOO
-
(Pyruvat) +
2 NADH
+
2 ATP
+ 2 H
3
O
+
Direkter ATP-Gewinn durch
Substratkettenphosphorylierung
Schritt 1: - 2 ATP (Vorbereitungsphase)
Schritt 3: + 4 ATP + 2 NADH (Energieliefernde Phase)
Hexokinase
- Fixierung von Glucose in der Zelle durch Phosphorylierung
- Substrate: Glucose, Mg
2+
, ATP
- stark exergon (G0` = - 16.7 kJ/mol; G = - 33.5 kJ/mol
- 4 Isoenzyme: unterschiedliche Gewebeverteilung und Eigenschaften
- Glucose-6-phosphat inhibiert allosterisch
Glucose-6-phosphat-Isomerase
- Isomerisierung von Aldose zu Ketose (über das cis-Endiol)
- Substrate: Glucose-6-Phosphat / Fructose-6-Phosphat
- leicht reversibel (G0` = 1,7 kJ/mol; G = - 2.5 kJ/mol)
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Phosphofructokinase 1
- Phosphorylierung von Fructose-6-Phosphat zu Fructose-1.6-bisphosphat
- Substrate: Fructose-6-Phosphat, Mg
2+
, ATP
- stark exergon (G0` = -14.4 kJ/mol; G = - 22.2 kJ/mol)
- Schlüsselenzym geschwindigkeitsbestimmend, allosterisch reguliert
- AMP, ADP und F-2,6-bisphosphat (hormonell) aktivierten allosterisch
- ATP, Citrat, H
+
inhibieren allosterisch
Aldolase
- Aldolspaltung unter Auflösung des Halbacetals (II 18)
- Substrat: Fructose-1.6-bisphosphat
- Spaltung in Glycerinaldehyd-3-phosphat und Dihydroxyacetonphosphat
- reversibel (G0` = 23.8 kJ/mol; G = - 1.3 kJ/mol)
Triosephosphat-Isomerase
- Isomerisierung in das reaktivere Glycerinaldehyd-3-Phosphat (II 21)
- Substrat: Dihydroxyacetonphosphat
- leicht reversibel (G0` = 7.5 kJ/mol; G = 2.5 kJ/mol)
- Gleichgewicht zu 96% auf Seite des Dihydroxyacetonphosphat; dennoch Fortschreiten
der Reaktion hin zu Glycerin-3-Phosphat, da dieses rasch weiterreagiert
unerwünschte Nebenreaktion:
Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase
- Oxidative Phosphorylierung von Glycerinaldehyd-3-phosphat
- Substrat: Glycerinaldehyd-3-phosphat, NAD+, Pi
- leicht reversibel (G0` = 6.3 kJ/mol; G = - 1.7 kJ/mol)
- Glycerinaldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase koppelt zwei Teilreaktionen über ein
energiereiches Thioester-Intermediat
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Mechanismus
Energieprofil der Gesamtreaktion
Phosphoglyceratkinase
-
Substratkettenphosphorylierung
- 1,3 BPG: größeres Phosphorylgruppenübertragungspotential als ATP
- Substrat: 1.3-Bisphosphoglycerat, Mg
2+
, ADP, P
i
- leicht reversibel (G0` = -18.5 kJ/mol; G = 1.3 kJ/mol)
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Phosphoglyceratmutase
- Isomerisierung (II 30)
- Substrat: 3-Phosphoglycerat / 2-Phosphoglycerat
- leicht reversibel (G0` = 4.4 kJ/mol; G = 0.8 kJ/mol)
Enolase
- Dehydrogenierung zu Phosphoenolpyruvat
- Substrat: 2-Phosphoglycerat
- leicht reversibel (G0` = 1.7 kJ/mol; G = - 3.3 kJ/mol)
Pyruvatkinase
-
Substratkettenphosphorylierung
- Substrat: Phosphoenolpyruvat, Mg
2+
, ADP, P
i
- stark exergon (G0` = -31.4 kJ/mol; G = - 16.7 kJ/mol)
treibt die Glykolyse an (Glykolysemotor)
- treibende Kraft ist die Bildung der stabilen Keto-Form des Pyruvat
PEP besitzt ein sehr hohes Gruppenübertragungspotential
G0` = -61,9 kJ/mol (Hydrolyse des PEP)
- F-1,6-bisphosphat aktiviert allosterisch (feed forward)
- ATP, Alanin, AcetylCoA inhibieren allosterisch
Kontrolle
Intrazellulare Anpassung an den Energiegehalt der Zelle:
ATP-Verbrauch, NADH-Spiegel
Extrazellulare Kontrolle durch Hormone:
Adrenalin, Glucagon, Insulin
Pasteur-Effekt
Hohere Umsatzgeschwindigkeit von Glucose zu Lactat unter anaeroben Bedingungen
Warburg-Effekt
Fast alle Tumorzellen haben eine erhohte Glykolysegeschwindigkeit auch unter aeroben
Bedingungen. Durch Hypoxie wird HIF-1 aktiviert und das Wachstum von Blutgefäßen
gefördert.
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- Quote paper
- Lise Meitner (Author), 2013, Biochemie II. Lernzusammenfassung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/278372
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